JP2007183612A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】本発明の目的は、反射モード及び透過モードを自由に変換して広視野角の具現が可能であると同時に、反射部での光効率を改善して全体的に映像の輝度を高めるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】本発明のＶＡモードの半透過型液晶表示装置は、透過部ＴＡに形成されるドメインの数より少ない数のドメインが反射部ＲＡに形成されるようにリブ１８２、１８４を透過部ＴＡ及び反射部ＲＡに配置することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、より詳しくは、ＶＡモードの半透過型の液晶表示装置に関する。
液晶表示装置に使用される液晶は、構造が細く長いために、分子の配列において方向性を有しており、任意に液晶に電界を加えると、分子配列の配列方向が制御できる。従って、液晶に加えられる電界の強度を制御し、分子配列の配列方向によって光透過率を調節して所望の映像をディスプレーする。
薄膜トランジスタと薄膜トランジスタに連結された画素電極が行列方式で配列された能動行列（アクティブマトリックス）型の液晶表示装置が解像度及び動画像の具現能力に優れていて、一般的に使用される。
一般の液晶表示装置は、画素電極が構成されている第１基板と、カラーフィルター層及び共通電極が構成されている第２基板と、これら両基板間に充填された液晶層とで構成され、第１基板の画素電極と第２基板の共通電極との間に形成される垂直電界によって液晶を駆動する方式であって、透過率と開口率等の特性が優れている一方、広視野角の実現が困難な短所がある。
このような短所を改善して広視野角が具現できる方案として、ＶＡ(Vertical Alignment)モードの液晶表示装置が提案された。
図１は、一般のＶＡモードの液晶表示装置の断面図である。
図１に示したように、ＶＡモードの液晶表示装置は、第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層３０を介して、第１基板１０及び第２基板２０に、画素電極１２及び共通電極２４が各々形成される。また、画素電極１２及び共通電極２４には、画素電極リブ１２ａ及び共通電極リブ２４ａが各々形成されている。ここで、電圧が印加される場合、画素電極１２及び共通電極２４との間に生成される電界５０は、画素電極リブ１２ａ及び共通電極リブ２４ａによって歪曲され垂直方向から左右に傾いた第１傾斜電界５０ａ及び第２傾斜電界５０ｂを構成して、これによって、液晶層３０も両方向に駆動され２メイン構造になる。従って、視野角が改善され広視野角を実現することができる。
図１に示した構造において、画素電極リブ１２ａと共通電極リブ２４ａのいずれかを省略する場合も広視野角の具現が可能であって、リブの代わりに電極が除去されたスリットを形成した場合も、類似な広視野角の具現が可能である。
尚、一般の液晶表示装置は、基板の下部に位置するバックライトという光源の光によって映像を表現する方式を使用しているが、このような液晶表示装置を透過型の液晶表示装置と称する。
ところが、透過型の液晶表示装置は、バックライトによって入射された光の３〜８％のみを透過する非常に非効果的な光変調器であるので、高輝度の透過型の液晶表示装置を製造するためには、バックライトの明るさが明るくて、これによって、バックライトによる電力消耗が大きい短所がある。
前述したような透過型液晶表示装置の問題を解決するために、最近バックライトを使用しない反射型の液晶表示装置が提案された。このような反射型液晶表示装置は、既存の透過型の液晶表示装置で、透明導電性物質で形成された画素電極を不透明の反射特性のある物質で形成することによって外部の自然光または/及び人造光を反射させる構造になっている。
ところが、外部の自然光または人造光が常に存在するわけではない。すなわち、反射型液の晶表示装置は、自然光が存在する昼や人造光が存在する事務室及び建物の内部では、使用できるが、自然光や人造光が存在しない暗い環境では、使用できない短所がある。
従って、前述した反射型の液晶表示装置の問題を解決するために、最近は、外部光を使用する反射型の液晶表示装置とバックライトを使用する透過型の液晶表示装置の長所を利用した半透過型の液晶表示装置が研究及び開発されている。
半透過型の液晶表示装置は、画素領域に透過部と反射部を共に形成して、使用環境を考慮した使用者の意志によって反射モード或いは透過モードに自由に転換することができる。
最近は、このような半透過型の液晶表示装置での視野角を改善するために、半透過型の液晶表示装置の構成にＶＡモードの液晶表示装置の構成を結合したＶＡモードの半透過型の液晶表示装置が研究及び開発されている。
ところが、このようなＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の反射部の場合、外部光に依存するので、輝度が低くなる可能性が高く、さらに、広視野角のために、ＶＡモードをマルチドメインで構成する場合は、ドメイン間の境界が占める面積が広くなるので、輝度がさらに低くなり、これによって、光効率が悪化する短所がある。
本発明は、反射モード及び透過モードを自由に変換して広視野角の具現が可能であると同時に、反射部での光効率を改善して全体的に映像の輝度を高める液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、前述したような目的を達成するために、相互に向かい合って離隔され、各々が透過部と反射部を有する多数の画素領域が定義される第１及び第２基板と、前記透過部に反復配列され第１ドメイン構造を形成する多数の第１電界歪曲手段と、前記反射部に反復配列され、前記第１ドメイン構造のドメイン数より少ないドメイン数の第２ドメイン構造を形成する多数の第２電界歪曲手段と、前記第１と第２基板との間に形成されている液晶層とを含むことを特徴とする液晶表示装置を提供する。
前記第１ドメイン構造は、四つのドメインを有して、前記第２ドメイン構造は、二つのドメインを有する。また、前記第２ドメイン構造の二つのドメインでの前記液晶層の方向子は、相互に９０゜の方位角差を有する。
前記第１電界歪曲手段は、連結された二つの十字(＋)状であって、前記第２電界歪曲手段は、逆Ｔ字状である。
前記透過部は、前記第１電界歪曲手段を各々含む多数の第１領域を含み、前記反射部は、前記第２電界歪曲手段を各々含み、前記第１領域と同一な面積である多数の第２領域を含む。
前記第２ドメイン構造でドメインの境界が占める面積は、前記第１ドメイン構造でドメインの境界が占める面積より小さい。
前記第１及び第２電界歪曲手段の各々は、リブまたはスリットのいずれかの形状である。
前記第１及び第２電界歪曲手段の各々は、前記第１及び第２基板のいずれかの基板に形成される。
前記反射部は、前記透過部を取り囲む形態である。
前記多数の第１電界歪曲手段と前記多数の第２電界歪曲手段は、各々列方向に反復配列される。
前記第１基板の上部に形成されて、相互に交差して前記多数の画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、前記ゲート配線及びデータ配線に連結される薄膜トランジスタと、前記反射部に対応して配置されている反射板と、前記薄膜トランジスタに連結され、前記画素領域に対応して配置されている画素電極と、前記第２基板の下部に形成されている共通電極とをさらに含む。
前記反射板は、前記画素電極に電気的に連結されて、また、前記反射板と前記画素電極との間に介され形成されている保護層をさらに含む。
本発明によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置は、反射部を透過部より少ない数のドメインで構成することによって視野角のような光学的効果の損失なしにドメインの境界が占める面積が減少して、反射輝度のような光効果を改善する。
以下、添付した図を参照して、本発明による実施例を詳しく説明する。
図２は、本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の平面図であって、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断したＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の断面図である。
図２及び図３に示したように、本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置１００は、所定間隔離隔して合着された第１基板１１０及び第２基板１７０と、これら両基板１１０、１７０間に介される液晶層１８０とで構成される。
第１基板１１０の上部には、ゲート配線１１４及びゲート配線１１４に連結されるゲート電極１１２が形成される。ゲート電極１１２の上部には、ゲート絶縁膜１２２が形成されて、ゲート電極１１２に対応するゲート絶縁膜１２２の上部には、純粋シリコーンのアクティブ層１３２ａと不純物シリコーンのオーミックコンタクト層１３２ｂとで構成される半導体層１３２が形成される。半導体層１３２の上部には、相互に離隔するソース電極１４２及びドレイン電極１４４が形成されて、ソース電極１４２に連結されゲート配線１１４と交差して画素領域Ｐを定義するデータ配線１４６がゲート絶縁膜１２２の上部に形成される。
ここで、画素領域Ｐは、透過部ＴＡと透過部ＴＡを取り囲む反射部ＲＡを含み、ゲート電極１１２、半導体層１３２、ソース電極１４２及びドレイン電極１４４は、薄膜トランジスタＴｒを構成する。
薄膜トランジスタＴｒとデータ配線１４６の上部には、第１保護層１５０が形成され、第１保護層１５０の上部には、画素領域Ｐの反射部ＲＡに対応する反射板１５２が形成される。反射板１５２の上部には、第２保護層１６０が形成されて、第２保護層１６０の上部には、画素領域Ｐに対応する透明導電性物質の画素電極１６２が形成される。第１保護層１５０、反射板１５２と第２保護層１６０には、ドレイン電極１４４を露出するドレインコンタクトホール１６４が形成されていて、画素電極１６２は、ドレインコンタクトホール１６４を通じてドレイン電極１４４に連結される。この時、反射板１５２は、画素電極１６２に連結され液晶層１８０を駆動する電極の役割を担ったり、画素電極１６２と電気的に断線され光を反射する役割のみを担ったりする。また、第１保護層１５０及び第２保護層１６０と反射板１５２及び画素電極１６２の断面の上下関係は、上述した本実施例として説明した構成に限定されるものではなく、他の実施例として多様に変更されるものとしてもよい。
第２基板１７０の下部には、全面に共通電極１７２が形成されている。
ここで、液晶表示装置１００が視野角の改善のために、多数のドメインを有するように、共通電極１７２の下部には、相互に交差する多数のリブが形成される。すなわち、透過部ＴＡの共通電極１７２の下部には、多数の第１リブ１８２が形成されて、反射部ＲＡの共通電極１７２の下部には、多数の第２リブ１８４が形成される。多数のリブは、絶縁物質等で形成することができる。
多数の第１リブ１８２と多数の第２リブ１８４は、画素電極１６２と共通電極１７２に電圧が印加され生成される電界を歪曲する役割をしており、歪曲された電界によって駆動される液晶層１８０が電界の方向に沿って相互に異なる方向の視野角に光を透過または反射させることによって液晶表示装置１００が広視野角を具現できるようにする。
このような多数の第１リブ１８２と多数の第２リブ１８４は、各々透過部ＴＡ及び反射部ＲＡで、第１単位リブ領域ＵＴ及び第２単位リブ領域ＵＲに形成された第１単位リブ領域１８２ａ及び第２単位リブ１８４ａが反復配列される形態であるが、図２では、説明の便宜上、上下に反復配列される二つの単位リブ領域のみを示している。
すなわち、画素領域Ｐの透過部ＴＡには、第１単位リブ領域ＵＴに第１単位リブ１８２ａが上下左右に反復配列されており、多数の第１リブ１８２が形成されている。また、画素領域Ｐの反射部ＲＡには、第２単位リブ領域ＵＲに第２単位リブ１８４ａが上下左右に反復配列されており、多数の第２リブ１８４が形成されている。
ここで、第１単位リブ領域ＵＴと第２単位リブ領域ＵＲは、平面的に相互に異なる形態及び大きさであるが、これらについて図を参照して詳しく説明する。
図４及び図５は、各々本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の透過部ＴＡの第１単位リブ領域ＵＴ及び反射部ＲＡの第２単位リブ領域ＵＲの平面概略図である。
ＶＡモードの液晶表示装置でさらに視野角を改善するために、一つの画素領域内に液晶分子のチルト方向が相互に異なる多数のドメインを形成するが、この時、好ましくは、液晶分子が相互に異なる四つのチルト方向に４ドメインを構成する形態である。なぜならば、４ドメインより小さくドメインを構成する場合は、視野角の改善效果が劣って、４ドメインより多くドメインを構成する場合は、４ドメインに比べてドメイン間の境界での光効果の減少が著しいのに比べて、ドメイン増加による視野角の改善效果は微々たるものであるからである。
従って、図４及び図５では、ＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の透過部ＴＡに、４ドメインを構成する場合を例えて説明する。
図４に示したように、液晶表示装置(図２の１００)の画素領域Ｐの透過部(図２及び図３のＴＡ)には、左右に連結された十字(＋)状の第１単位リブ１８２ａが配置され第１単位リブ領域ＵＴを形成する。この時、第１単位リブ領域ＵＴの横の長さは、Ｌ１であって、縦の長さは、Ｌ２である。このように連結された十字状の第１単位リブ１８２ａによって液晶分子は、各々相互に異なる四つのチルト方向に配列され液晶層の方向子は、第１ないし第４方向ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４を有する。この時、方向子は、順に約９０゜の方位角差を有する。従って、第１単位リブ領域ＵＴは、４ドメイン構造を構成して、このような第１単位リブ領域ＵＴが上下左右に反復配列される透過部ＴＡも４ドメイン構造を構成することによって液晶表示装置が透過モード時に広視野角を有することができる。
また、図５に示したように、液晶表示装置(図２の１００)の画素領域Ｐの反射部(図２及び図３のＲＡ)の第２単位リブ領域ＵＲには、逆Ｔ字状の第２単位リブ１８４ａが配置されているが、この時、第１単位リブ領域ＵＴと同じく第２単位リブ領域ＵＲの横の長さは、Ｌ１であって、縦の長さは、Ｌ２である。
このように逆Ｔ字状の第２単位リブ１８４ａによって液晶分子は、各々相互に異なる二つのチルト方向に配列され液晶層の方向子は、第５方向ｄ５及び第６方向ｄ６を有する。この時、方向子は、相互に約９０゜の方位角差を有する。従って、第２単位リブ領域ＵＲの形状のみを考慮すると、第２単位リブ領域ＵＲは、２ドメイン構造を構成している。
ところが、反射部ＲＡの場合は、ミラーイメージ効果があるため、第２単位リブ領域ＵＲは、実質的には４ドメイン構造の光学的效果があると解釈される。すなわち、第２単位リブ領域ＵＲが反復され反射部ＲＡは、実質的には４ドメイン構造の単位リブ領域が反復される領域と同一な視野角の改善效果がある。これについて図を参照して詳しく説明する。
図６は、本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の反射部ＲＡの第２単位リブ領域ＵＲの光学的效果を説明するための平面概略図である。
図６において、実際に反射部ＲＡに形成された単位リブは実線で表示し、ミラーイメージ效果による単位リブは点線で表示した。図６に示したように、逆Ｔ字状の第２単位リブ１８４ａを備える反射部ＲＡの第２単位リブ領域ＵＲでは、液晶層の方向子が相互に約９０゜の方位角差を有する第５方向ｄ５及び第６方向ｄ６に配列される。この時、入射光が液晶層(図３の１８０)を通過した後、反射板(図２及び図３の１５２)から反射され、さらに液晶層(図３の１８０)を通過して液晶表示装置の正面に出射される反射部ＲＡの光経路を考慮すると、適切な位相の入射光が反対の光経路を経て元々の入射光の入射経路を通じて出射されるが、これをミラーイメージ效果と言う。すなわち、反射部ＲＡでは、ミラーイメージ效果によって方向子が第５方向ｄ５に配列されている液晶層は、それとは１８０゜の差がある第８方向ｄ８に方向子が配列される液晶層(図３の１８０)と同一な光学的效果があって、第６方向ｄ６に方向子が配列されている液晶層(図３の１８０)は、第７方向ｄ７に方向子が配列される液晶層(図３の１８０)と同一な光学的效果がある。
従って、図６に示したように、２ドメイン構造の第２単位リブ領域ＵＲは、ミラーイメージ效果によって４ドメイン構造の場合と同一な光学的效果、特に、同一な視野角の改善效果がある。また、第２単位リブ１８４ａがＴ字状または左右に回転したＴ字状である場合にも、同一な効果がある。
さらに、図４及び図５を参照して上記に説明したように、４ドメインで構成された第１単位リブ領域ＵＴと２ドメインで構成された第２単位リブ領域ＵＲは、４ドメイン構造と同一な光学的效果があって、これによって、液晶表示装置も４ドメイン構造の光学的效果がある。
ところが、２ドメインに形成された第２単位リブ領域ＵＲは、ドメイン間の境界が占める面積が減少され、光効果が改善する。すなわち、ドメイン間の境界である第１単位リブ１８２ａ及び第２単位リブ１８４ａの近くのディスクリネーション領域の幅をｋとすると、第１単位リブ領域ＵＴでドメインの境界が占める面積は、(Ｌ１*ｋ)＋(２Ｌ２*ｋ)である一方、第２単位リブ領域ＵＲでドメインの境界が占める面積は、(Ｌ１*ｋ)＋(Ｌ２*ｋ)になり、同一な単位面積に対して２ドメイン構造が４ドメイン構造よりドメインの境界が占める面積が小さくて、これは、すなわち、開口率改善を意味する。特に、反射部ＲＡでは、微弱な外部光源を理由とした輝度等が問題になる場合が多いので、反射部ＲＡでの光効果及び輝度改善は、半透過型の液晶表示装置の特性向上に大変寄与している。
結論的に、図２ないし図６に示したように、本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置では、光学的效果(特に、視野角)の損失なしに反射部ＲＡを透過部ＴＡより少ない数のドメインで構成することによってドメインの境界が占める面積を減少させ、これによって、光効果(特に、反射輝度)が改善する。具体的には、透過部ＴＡを４ドメインで構成して、反射部ＲＡを液晶層の方向子の方位角差が約９０゜である２ドメインで構成して、反射視野角の損失なしに反射輝度を改善することができる。
図２ないし図６で説明した実施例では、上部の共通電極１７２にリブ１８２、１８４を形成した場合のみを例えたが、他の実施例として、リブ１８２、１８４の代りに共通電極にスリットを形成するとしてもよく、また他の実施例としては、下部の画素電極１６２に、上部の共通電極１７２のリブ１８２、１８４(或いはスリット)と交互に配置されるリブ(或いはスリット)を形成するとしてもよい。但し、これらは液晶層に生成される電界を歪曲する電界歪曲手段として使用される。
このように、本発明によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置は、前述した実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨に反しない限度内で、多様に変更して実施できるものとする。
一般のＶＡモードの液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断したＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の透過部の第１単位リブ領域の平面概略図である。 本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の反射部の第２単位リブ領域の平面概略図である。 本発明の実施例によるＶＡモードの半透過型の液晶表示装置の反射部の第２リブ領域の光学的效果を説明するための平面概略図である。
符号の説明
１１４：ゲート配線
１４６：データ配線
Ｔｒ：薄膜トランジスタ
１５２：反射板
１６２：画素電極
１７２：共通電極
１８０：液晶層
Ｐ：画素領域
ＴＡ：透過部
ＲＡ：反射部
１８２：第１リブ
１８４：第２リブ

Claims (15)

  1. 相互に向かい合って離隔され、各々が透過部と反射部を有する多数の画素領域が定義される第１及び第２基板と、
    前記透過部に反復配列され第１ドメイン構造を形成する多数の第１電界歪曲手段と、
    前記反射部に反復配列され、前記第１ドメイン構造のドメイン数より少ないドメイン数の第２ドメイン構造を形成する多数の第２電界歪曲手段と、
    前記第１と前記第２基板との間に形成されている液晶層と、
    を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記第１ドメイン構造は、四つのドメインを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第２ドメイン構造は、二つのドメインを有することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第２ドメイン構造の二つのドメインでの前記液晶層の方向子は、相互に９０゜の方位角差を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第１電界歪曲手段は、連結された二つの十字(＋)状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第２電界歪曲手段は、逆Ｔ字状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  7. 前記透過部は、前記第１電界歪曲手段を各々含む多数の第１領域を含み、前記反射部は、前記第２電界歪曲手段を各々含み、前記第１領域と同一な面積である多数の第２領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  8. 前記第２ドメイン構造でドメインの境界が占める面積は、前記第１ドメイン構造でドメインの境界が占める面積より小さいことを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
  9. 前記第１及び第２電界歪曲手段の各々は、リブまたはスリットのいずれかの形状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  10. 前記第１及び第２電界歪曲手段の各々は、前記第１及び第２基板のいずれかの基板に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  11. 前記反射部は、前記透過部を取り囲む形態であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  12. 前記多数の第１電界歪曲手段と前記多数の第２電界歪曲手段は、各々列方向に反復配列されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  13. 前記第１基板の上部に形成され、相互に交差して前記多数の画素領域を定義するゲート配線及びデータ配線と、
    前記ゲート配線及びデータ配線に連結されている薄膜トランジスタと、
    前記反射部に対応して配置されている反射板と、
    前記薄膜トランジスタに連結され、前記画素領域に対応して配置されている画素電極と、
    前記第２基板の下部に形成されている共通電極と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  14. 前記反射板は、前記画素電極に電気的に連結されていることを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
  15. 前記反射板と前記画素電極との間に介され形成されている保護層をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
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